CN210952743U - 一种可切换收发方式的超声波变压器绕组变形检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种可切换收发方式的超声波变压器绕组变形检测装置，属于超声波变压器绕组变形检测装置。400kHz信号发生器、放大驱动电路和收发探头串联，对数放大电路、带通滤波电路和回波接收探头串联，单刀双掷开关的动端和一个不动端连接在带通滤波电路和回波接收探头之间、另一不动端与发射探头连接，该单刀双掷开关作为模式切换开关，通过其通断来切换收发一体模式和分开收发模式。本实用新型的优点是结构新颖，在利用超声波电路进行变压器绕组变形检测中可方便地切换收发方式，灵活地选择收发一体模式和分开收发模式，进而提高检测的工作效率及准确性。

Description

一种可切换收发方式的超声波变压器绕组变形检测装置

技术领域

本实用新型属于超声波变压器绕组变形检测装置。

背景技术

随着社会的进步，我国的电力事业进入了飞速发展的时期，人们对于设备的安全稳定运行的要求日益提高。在现代电力行业中，变压器作为一种重要的运行设备，它的安全运行更是备受重视。

目前投运中的变压器多是油浸式变压器，其作为电力运行中最重要及昂贵的设备，一旦发生绕组变形，将会带来巨大的安全隐患。当变压器绕组出现局部的鼓包或曲翘后，程度严重的变形会立即引发安全事故。在多数情况下，绕组的变形并不会立刻引发事故，而是继续保持在这一异常状态下运行而不被工作人员所发觉。

如果电力变压器绕组发生一定程度变形之后还继续工作，当遭受到雷击和故障电流冲击等情况会容易发生事故，甚至会引起变压器爆炸。因此，即使绕组发生细微的变形都可能成为电力安全运行的威胁。

一般说来，绕组变形是电力变压器在运行中日积月累的过程。通常情况下绕组的变形在一定程度内难以快速的检测出来。因此，可用于实时监测绕组变形情况、对事故可以实现预警的检测系统对于电力运行十分重要。

从上个世纪五六十年代开始，欧美国家开始了针对变压器状态检测的研究讨论，大量科研人员也进入到了检测仪器的研发工作中。到了1970年初，一些亚洲国家也开始了绕组检测方面的研究，许多初期的检测手段也用于了实际的绕组检测工作中。同时期，前苏联在变压器的检测领域取得了突破性的进展。在很长的一段时间里，变压器绕组变形检测方法都是国内外在线检测与诊断技术的重点科技攻关课题。其中，低压脉冲法、局部放电法和变压器油色谱法是三种最主要的检测方法，在实际运行检测中起到了一定作用。但是，这几种方法都需要将变压器停止运行，这将在一定程度下带来很大的经济损失，同时还需要经验丰富的工程师进行操作。所以实现变压器绕组的不停电在线检测，对于社会经济发展具有重大的意义。为了实现变压器绕组带电实时监测，美国、俄罗斯等国开始了对变压器绕组运行噪声检测的振动法进行相关研究。该方法在变压器带电运行的状态下采集变压器所发出的振动噪声信号，通过分析信号的信息来判断变压器绕组的状态，实现对变压器绕组的在线带电检测。

我国从上世纪90年代才开始进入变压器绕组检测领域，对国外一些先进的方法进行了借鉴和学习，在此基础上还进行了自己的探索和改进。到了21世纪初，国内也基本形成了以短路阻抗法、低压脉冲法以及频响法为核心的检测体系。尤其是频响法，在国内电力系统中进行了广泛应用，在理论和技术方面不断改善，成为了一种较为成熟的绕组检测方法。之后在短路阻抗法和频响法的基础上，又提出了一种扫频阻抗法，进一步提高了绕组变形诊断的有效性。但是，这些停电检测方法仍有很大的局限性。因此，绕组检测的振动法被广泛研究，西安交通大学、浙江大学等国内高校提出了一系列振动信号的采集和分析方法，极大地改善了振动法的实际应用效果。虽然绕组检测的振动法可以带电检测，但是难以得到的绕组具体变形位置及变形程度。于是，研究人员对带电的绕组检测方法进行了探索，基于在线脉冲注入的绕组检测方法被提出，并进行了相关试验，但是由于检测操作难度大、潜在危险性高，目前未得到广泛应用。在上述方法的基础上，绕组变形的超声波检测方法被提出，超声波检测方法基于超声波测距的基本原理，突出优点是能够做到带电检测，且直观性好、安全性高，具有较好的应用前景，但是需要对其检测效率和适用范围进一步研究并改善。

目前，变压器绕组的在线检测技术还缺少统一的国际标准，各个方法之间缺乏有效的联系和区分；在实时检测方面，新的方法不断推陈出新，但精度和可操作性都差强人意。因此，能直观、清晰的反应绕组状态的检测方法将是变压器绕组在线检测技术未来的研究和发展方向。

目前在绕组故障在线检测领域，低压脉冲法、差动平衡法和变压器油色谱法是开展实际应用最早的三种停电检测方法。其中低压脉冲法是最早开始使用的变压器绕组检测方法，单相变压器绕组可等效为由电感、纵向电容以及对地电容等分布参数构成的无源线性二端口网络。当变压器绕组发生结构变化时，上述网络的结构参数也会随之发生改变，而结构参数变化会导致整个网络的低压脉冲响应的变化，通过低压脉冲的响应变化情况来反应绕组的健康状态。但是检测时必须使电力变压器停止工作，不能随时对绕组状态进行检测，这是所有停电方法都难以克服的缺陷。

差动平衡法是利用插入到测量系统中的中性点传感器和铁芯传感器采集局部放电信号进行数据分析。当变压器的内部发生局部放电，它在两个传感器上会出现方向相反的两个信号。相反的，当干扰信号出现在变压器的外部时，传感器的信号方向则是相同的，因此，只需要选择相应的频率，就能对相关的干扰进行区分。现在一般使用超声波传感器在变压器的外部采集局放信号，这样不仅能检测到局放时产生的脉冲信号，还能检测到声波信号，这两个信号之间会有一个延迟时间，利用超声波的方向和信号延迟时间，就可以确定放电位置。但是这种方法无法确定变压器绕组的形变大小。

变压器油色谱法是利用变压器油与绝缘纸在局部过热或者是局部放电情况下所产生的气体进行故障分析。根据放电量和发热热量的程度，产生气体的浓度和各种气体的组成也不同，因此，可以利用气相色谱分析来判断变压器绕组的放电性故障或者是发热故障。一般情况下，气相色谱法需要实验人员从变压器中取出气体注入到色谱仪中，这个过程十分繁琐且复杂。为此，研发人员开发除了可置于变压器中的气体浓度检测装置，实现了气体的自动化分析，但是这个系统价格昂贵，无法安装到小容量的变压器中。

超声波能通过耦合剂在变压器的外壳界面透射入变压器箱体内部，并保持一定的超声波强度，而且超声波在变压器油中的传输过程衰减较小，即超声波可以在绝缘油中传播较长的距离，基于此，使用超声波检测变压器绕组变形情况是可行的。

超声波能通过耦合剂在变压器的外壳界面透射入变压器箱体内部，并保持一定的超声波强度，而且超声波在变压器油中的传输过程衰减较小，即超声波可以在绝缘油中传播较长的距离，基于此，使用超声波检测变压器绕组变形情况是可行的。

用于检测变压器绕组的超声波是由超声波换能器发出的，超声波换能器由一种压电材料制成，当其受电信号激发时会发出超声波信号，这一过程是可逆的，在变压器外壳上涂上耦合剂并将换能器贴合箱壁贴好。由于超声波在箱壁与变压器油界面发生折射较小，因此换能器发射出的超声波能在该界面发生较大程度的透射。进入到变压器内部的超声波在绝缘油中可以直线传播，当其到达绕组表面时会发生反射，超声波反射后可以被贴合在箱壁表面的超声波接收换能器所接收。若超声波探头的位置是垂直射向绕组圆心的，那么发射信号与接收信号是同路径的，只需使用一个探头即可。

若超声波换能器信号不是垂直于圆心，收发信号不在同一路径上，那么就需要两个超声波换能器分别收发信号。

在温度恒定的条件下，超声波的波速是一定的，因此根据发射换能器和接收换能器的时间差可以计算出绕组所在位置。

由此可见，在检测变压器绕组时存在两种模式，发射信号与接收信号是同路径的，或收发信号不在同一路径上，此时单一模式的检测装置使用起来十分不便，不利于检测工作的顺利进行。

发明内容

本实用新型提供一种可切换收发方式的超声波变压器绕组变形检测装置，以解决目前存在的不能对两种检测模式进行方便切换的问题。

本实用新型采取的技术方案是：400kHz信号发生器、放大驱动电路和收发探头串联，对数放大电路、带通滤波电路和回波接收探头串联，单刀双掷开关的动端和一个不动端连接在带通滤波电路和回波接收探头之间、另一不动端与发射探头连接，该单刀双掷开关作为模式切换开关，通过其通断来切换收发一体模式和分开收发模式。

本实用新型的优点是结构新颖，在利用超声波电路进行变压器绕组变形检测中可方便地切换收发方式，灵活地选择收发一体模式和分开收发模式，进而提高检测的工作效率及准确性。

附图说明

图1是本实用新型的电路原理框图，图中表示采用分开收发模式；

图2是本实用新型采用同发同收模式的电路原理框图；

图3是本实用新型放大驱动电路的电路原理图；

图4是本实用新型带通滤波电路的电路原理图。

具体实施方式

400kHz信号发生器1、放大驱动电路2和收发探头3串联，对数放大电路4、带通滤波电路5和回波接收探头6串联，单刀双掷开关7的动端和一个不动端连接在带通滤波电路5和回波接收探头6之间、另一不动端与发射探头6连接，该单刀双掷开关7作为模式切换开关，通过其通断来切换收发一体和分开收发模式。

工作原理：

利用耦合剂将收发探头和回波接收探头贴合在变压器8表面，打开电源为整个电路供电；通过外电路输入400kHz的脉冲驱动信号，控制单刀双掷开关的按键开关的开闭选择工作模式：

分开收发模式：如图1，当发射信号经由绕组9表面反射后，回波的路径与发射波的路径不一致，则需要移动回波接收探头进行寻找，此时单刀双掷开关接在回波接收探头端，两探头处于独立工作状态；

收发一体模式：如图2，当绕组出现变形凸起10，可能会出现发射信号与接收信号同路径的情况，此时，如果使用分开收发的模式，那么回波探头将无法接收到回波信号；因此，需要将单刀双掷开关切换到收发探头端，使放大驱动电路的输出端和带通滤波电路的输入端相连接，此时回波接收探头断开，发射探头成为收发探头，实现同发同收功能。

下边结合附图对本实用新型作进一步说明。

参见图3，放大驱动电路

电路中SSP处输入信号为400KHz的方波信号，通过场效应管Q1的开关特性以及T1变压器的阻抗匹配特性实现了对方波信号的功率放大作用。当电路中无脉冲信号输入时，功率放大电路处于截止状态，电路中能量消耗较小。为降低电路对供电电源的功率要求，在电路中添加平滑滤波电容，当电路有400K的方波信号输入时，方波信号中的高频分量较大，电容对方波信号的阻抗相对较小，此时可通过电容中存储的电能对电路补充一定的能量。

从SSP处输入400kHz脉冲驱动信号，当MOSFET器件Q1导通时，升压变压器T1可以实现脉冲升压，这样，经过升压后可以用于激励换能器发射出超声波信号。通过控制MOSFET器件Q1的导通从而控制系统的发射过程的开始和关断。

参见图4，带通滤波电路

接收换能器接收到回波信号，经电容C3、C4滤波处理。二极管D3、D4的作用是将超声回波信号限制在0.7V，使mV级的超声回波信号可以进入后续的电路。三极管Q2的作用是对超声回波信号进行放大。滤波电路放大倍数取20，放大倍数的公式为：

Claims (1)

1.一种可切换收发方式的超声波变压器绕组变形检测装置，其特征在于：400kHz信号发生器、放大驱动电路和收发探头串联，对数放大电路、带通滤波电路和回波接收探头串联，单刀双掷开关的动端和一个不动端连接在带通滤波电路和回波接收探头之间、另一不动端与发射探头连接，该单刀双掷开关作为模式切换开关，通过其通断来切换收发一体模式和分开收发模式。

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